DE69532723T2 - NETWORK ACCESS CHANNEL FOR CDMA SYSTEMS - Google Patents

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Abstract

An OCDMA satellite communication system in which an earth-based hub station receives, via a satellite, a plurality of spread spectrum signals from a corresponding plurality of earth-based subscriber stations on a selected frequency channel, each signal from a subscriber station being composed of data symbols overlaid with one set of orthogonal Rademacher-Walsh (RW) functions and a pseudo-noise PN sequence, the signals from subscriber stations being synchronized to arrive at the hub station in time and frequency synchronism. A subscriber station net entry channel (NEC) is comprised of a transmitter function at the subscriber stations for transmitting a spread spectrum NEC signal located in a spectral null of the OCDMA signals between the earth-based hub station and the subscriber stations. Receiver functions at the earth-based hub station detect and demodulate the NEC signal and assign a frequency and RW function to the user, and transmits frequency and time correction signals to the user to assure that the user is near time synchronism upon net entry.

Description

Spreizspektrum-Kommunikationen bzw. -Nachrichtenverbindungen werden zur Zeit für eine Anzahl von kommerziellen Anwendungen verwendet und es wird erwartet, daß sie sich ausbreiten, da die Nachfrage nach ungebundenen Nachrichtenverbindungen zunimmt.Spread spectrum communications Messages are currently being used for a number of commercial Applications are used and are expected to spread as demand after unbound message links increases.

Zum Beispiel wird ein orthogonales CDMA (OCDMA) System für ein Büro-PBX-System von Magill et al. in "Spread-Spectrum Technology for Commercial Applications", Proc. of the IEEE, Juni 1994, erörtert. In diesem Fall überträgt bzw. sendet die Basisstation dieses sternförmig aufgebauten Netzwerks einen Satz orthogonaler Rademacher-Walsh-Funktionen (RW), die mit einer Pseudorauschen-(PN(pseudonoise))-Sequenz überlagert sind. Jede orthogonale Funktion trägt Sprache oder Daten für einen einzelnen Nutzer. Siehe M. J. E. Golay, IDA Report 108, Seite 110 (1965), das dieses grundlegende Signalformat offenbart.To the An example is an orthogonal CDMA (OCDMA) system for an office PBX system by Magill et al. in "Spread Spectrum Technology for Commercial Applications, Proc. Of the IEEE, June 1994 this case transmits or sends the base station of this star-shaped network one Set of orthogonal Rademacher-Walsh functions (RW), which are combined with a Pseudo noise (PN (pseudonoise)) sequence are superimposed. Any orthogonal Function carries Language or data for a single user. See M.J. E. Golay, IDA Report 108, p 110 (1965), which discloses this basic signal format.

Die Erörterung bei Magill et al., ist für ein System mit kurzer Reichweite, in dem es sinnvoll ist, für Netzwerkmitglieder bzw. Teilnehmer auf der Rückwärtsverbindung TDMA-Zeitschlitze vorzusehen um ein Signal für Zeitsteuerungs- und Synchronisations-Zwecke zu übertragen. Auf diese Art und Weise wird ein leerer Schlitz für einen Teilnehmer zum jederzeitigen Beitreten in das Netz reserviert. Diese Technik wird ineffizient und ist nicht nützlich, wenn die Pfadlängen lang sind und die Ausbreitungszeit zwischen Nutzern beträchtlich variiert, wie beispielsweise in einem Satellitensystem.The discussion Magill et al., is for a short-range system in which it makes sense for network members or participants on the reverse link To provide TDMA time slots to transmit a signal for timing and synchronization purposes. In this way, an empty slot for one Participants reserved for joining the network at any time. This technique becomes inefficient and is not useful if the path lengths are long and the propagation time between users is considerable varies, such as in a satellite system.

In WO-A-9421056 und EP-A-639 899 ist ein Nachrichtenverbindungsverfahren mit zufälligem Zugriff, das CDMA verwendet, und ein System für bewegliche Stationen, das das Verfahren verwendet, gezeigt. Jede der beweglichen Stationen setzt Verzögerungsbeträge zufällig für jede zu übermittelnde Nachricht auf der Grundlage der Symbolzeitvorgabe, die von einer Basisstation erhalten wird um dem Übermittlungssignal eine Verzögerung zu geben. Die Basisstation entschlüsselt (defuse) invers ein Empfangssignal um eine Standard-Symbol-Zeitvorgabe für jede der beweglichen Stationen daraus zu gewinnen und erlaubt Demodulatoren jeweils den invertierten Diffusions-Ausgang an der gewonnenen Zeitvorgabe zu empfangen und das Empfangssignal zu demodulieren.In WO-A-9421056 and EP-A-639 899 is a communication method with random Access using CDMA and a system for moving stations, the the method used shown. Each of the mobile stations sets delay amounts randomly for each message to be transmitted based on the symbol timing given by a base station is received at the transmission signal a delay to give. The base station inversely decrypts (defuse) a received signal at a standard symbol timing for each of the to win mobile stations and allows demodulators in each case the inverted diffusion output at the obtained timing receive and demodulate the received signal.

Magill et al. "Spread-Spectrum Technology for Commercial Applications", Proceedings of the IEEE, IEEE, New York, Bd. 82, Nr. 4, 1. April 1994, (Seiten 572 – 584), XP000451418, zeigt Spreizspektrumtechnik für geschäftliche Anwendungen. Direkt-Sequenz-Spreizspektrum-Technik wird erörtert.Magill et al. "Spread Spectrum Technology for Commercial Applications, Proceedings of the IEEE, IEEE, New York, Vol. 82, No. 4, April 1, 1994, (pp. 572-584), XP000451418 Spread spectrum technology for business Applications. Direct Sequence Spread Spectrum technique is discussed.

GEGENSTAND DER ERFINDUNGSCOPE OF THE INVENTION

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein OCDMA-Satelliten-Nachrichtenverbindungssystem geschaffen, in dem eine auf der Erde befindliche Zentralstation, über Satellit, eine Mehrzahl von Spreizspektrumsignalen von einer entsprechenden Mehrzahl von auf der Erde befindlichen Teilnehmerstationen auf einem ausgewählten Frequenzkanal empfängt, wobei jedes Signal von einer Teilnehmerstation aus Datensymbolen, die mit einem Satz orthogonaler Rademacher-Walsh-(RW)-Funktionen und einer Pseudorauschen-(PN)-Folge überlagert sind, zusammengesetzt ist, wobei besagte Signale von Teilnehmerstationen synchronisiert sind, um an besagter Zentralstation in Zeit- und Frequenz-Synchronismus anzukommen, gekennzeichnet durch: Einrichtungen um ein Teilnehmerstations-Netzzugangskanal-(NZK, NEC)-Signal zu bilden, die Einrichtungen an jeder Teilnehmerstation zum Übermitteln eines NEC-Signals, das in einer spektralen Null der OCDMA-Signale angeordnet ist, an besagte auf der Erde befindliche Zentralstation aufweisen, wobei besagtes NEC-Signal eine Benutzerkennnummer und eine Zeitversetzungs-Nummer aufweist, die durch einen zeitsynchronen PN-Code überlagert worden sind und in der Abwesenheit jeglicher solcher besagter RW-Funktionen, Einrichtungen an der auf der Erde befindlichen Zentralstation um besagtes NEC-Signal aus besagter Teilnehmerstation zu fühlen und zu demodulieren und eine Frequenz und RW-Funktion besagter jeder Teilnehmerstation zuzuweisen, und Einrichtungen zum Übermitteln von Frequenz- und Zeitkorrektursignalen an jede besagte Teilnehmerstation, wobei besagte jede Teilnehmerstation Empfängereinrichtungen zum Empfangen besagter Frequenz- und Zeitkorrektursignale hat, und Einrichtungen, um besagte jede Teilnehmerstation zu veranlassen, nahe des Zeitsynchronismus auf den Netzzugang hin zu sein.According to the present Invention provides an OCDMA satellite communication system, in which a central station located on Earth, via satellite, a plurality of spread spectrum signals from a corresponding one A plurality of subscriber stations located on the ground on one chosen Receive frequency channel, wherein each signal from a subscriber station consists of data symbols, those with a set of orthogonal Rademacher-Walsh (RW) functions and a pseudo-noise (PN) sequence are superimposed wherein said signals are synchronized by subscriber stations are to arrive at said central station in time and frequency synchronism, characterized by: means around a Subscriber Station Network Access Channel (NZK, NEC) signal to form the facilities at each subscriber station to transmit an NEC signal that is in a spectral zero of the OCDMA signals is located to said on-earth central station wherein said NEC signal has a user identification number and has a time offset number, which is replaced by a time-synchronous PN code superimposed and in the absence of any such RW functions, Facilities at the central station located on Earth to feel said NEC signal from said subscriber station and to demodulate and a frequency and RW function of said each subscriber station assign and facilities for transmitting frequency and Time correction signals to each said subscriber station, said each subscriber station receiving facilities for receiving said frequency and time correction signals, and Facilities to cause said each subscriber station near the time synchronism towards the network access.

Das OMCDA-Satelliten-Nachrichtenverbindungssystem kann ein solches sein, worin besagtes NEC-Signal einen kurzen Code mit geringerer Rate hat, um eine schnelle Erlangung des PN-Signals trotz Zeitunsicherheiten zu ermöglichen.The OMCDA satellite communications system can be such wherein said NEC signal has a short code at a lower rate, to a fast acquisition of the PN signal despite time uncertainties to enable.

Die vorliegende Erfindung schafft auch ein Verfahren des Zugriffs auf ein orthogonales OCDMA-Nachrichtenverbindungssystems auf einer Nicht-Störungsbasis ohne vorhergehende Zeit- und Frequenzsynchronisierung, in dem besagtes OCDMA-Nachrichtenverbindungssytem eine auf der Erde befindliche Zentralstation hat zum Empfangen einer Mehrzahl von Spreizspektrum-Signalen von einer entsprechenden Mehrzahl von auf der Erde befindlichen Teilnehmerstationen auf einem ausgewählten Frequenzkanal, wobei jedes Spreizspektrumsignal von einer Teilnehmerstation aus Datensymbolen zusammengesetzt ist, die mit einem Satz von orthogonalen Rademacher-Walsh-(RW)-Funktionen und einer Pseudorauschen-(PN)-Folge überlagert sind, wobei besagte Spreizspektrumsignale von besagten Teilnehmerstationen synchronisiert sind, um an besagter Zentralstation in Zeit- und Frequenz-Synchronismus anzukommen, dadurch gekennzeichnet, daß jede Teilnehmerstation ein NEC-Signal, das in einer spektralen Null der OCDMA-Signale angeordnet ist, an besagte auf der Erde befindliche Zentralstation übermittelt, wobei besagtes NEC-Signal eine Benutzerkennnummer und eine Zeitversetzungs-Nummer aufweist, die durch einen zeitsynchronen PN-Code überlagert worden sind und in der Abwesenheit jeglicher besagter RW-Funktionen, Fühlen und Demodulieren besagten NEC-Signals von jeder Teilnehmerstation an besagter auf der Erde befindlicher Zentralstation und Zuweisen einer Frequenz und RW-Funktion zu jeder besagter Teilnehmerstation und Übermitteln von Frequenz- und Zeitkorrektursignalen an besagte jede Teilnehmerstation, wobei besagte jede Teilnehmerstation einen Empfänger zum Empfangen besagter Frequenz- und Zeitkorrektursignale hat, und Sicherstellen, daß besagte jede Teilnehmerstation sich nahe der Zeitsynchronisation auf den Netzzugang hin befindet.The present invention also provides a method of accessing an orthogonal OCDMA communication system on a non-interference basis without prior time and frequency synchronization, in which said OCDMA communication system has an on-ground central station for receiving a plurality of spread-spectrum signals from one corresponding plurality of subscriber stations located on the earth on a selected frequency channel, each spread spectrum signal from a subscriber station being composed of data symbols associated with a set of orthogonal Rademacher-Walsh (RW) functions and ei Pseudo noise (PN) sequence are superimposed, said spread spectrum signals from said subscriber stations are synchronized to arrive at said central station in time and frequency synchronism, characterized in that each subscriber station an NEC signal in a spectral zero of OCDMA signals is transmitted to said on-ground central station, said NEC signal having a user identification number and a time offset number which have been superimposed by a time-synchronous PN code and in the absence of any of said RW functions and demodulating said NEC signal from each subscriber station at said on-ground central station and assigning a frequency and RW function to each subscriber station and transmitting frequency and time correction signals to said each subscriber station, said each subscriber station having a receiver for receiving said one Having frequency and time correction signals, and ensuring that said each subscriber station is close to the time synchronization to the network access.

Die Erfindung kann das folgende schaffen:

  • – Einrichtungen schaffen zum Zugriff auf ein OCDMA-Netzwerk auf einer Nicht-Störungs-Basis ohne vorherigen Zeit- und Frequenzsynchronismus.
  • – Ein System schaffen, das es der Zentralstation ermöglicht, den Nutzer zu fühlen und zu synchronisieren, vor dem Zuweisen einer orthogonalen Funktion für OCDMA-Betrieb an den Nutzer.
  • – Den Nutzer mit einem Kanal mit hohem Verbindungsspielraum und geringer Datenrate für Netzzugangsanfragen versehen.
The invention can provide the following:
  • - Facilities provide access to an OCDMA network on a non-interference basis without prior time and frequency synchronism.
  • Create a system that allows the central station to sense and synchronize the user before assigning an orthogonal OCDMA operation function to the user.
  • Provide the user with a channel with high connectivity and low data rate for network access requests.

Die Ausführungsform, wie sie hier gezeigt ist unten bezieht sich auf die Rückwärtsverbindung eines sternförmig aufgebauten Spreizspektrum-Satellitennetzwerks, das in 1 gezeigt ist. Der Satellit S empfängt die Nutzersignale von den Erd-Nutzerstationen 10-1, 10-2 ... 10-N und überträgt sie an eine zentrale Bodenstation (GS). Die unten beschriebene Rückwärtsverbindungs-Signalstruktur weist orthogonales CDMA (OCDMA) mit einem gesonderten Netzwerkzugangskanal (NEC) auf. Der Vorteil des OCDMA-Anganges ist, daß die Anzahl von Nutzern in einer vorgegebenen Bandbreite erhöht werden kann wegen des verringerten Zugriffsrauschens. Darüber hinaus ist diese Technik weniger empfindlich gegenüber Leistungssteuergenauigkeit als ein nicht-orthogonales CDMA-System.The embodiment as shown here below refers to the reverse link of a star-shaped spread-spectrum satellite network operating in 1 is shown. The satellite S receives the user signals from the earth user stations 10-1 . 10-2 ... 10-N and transmits them to a central ground station (GS). The reverse link signal structure described below comprises orthogonal CDMA (OCDMA) with a separate network access channel (NEC). The advantage of the OCDMA approach is that the number of users in a given bandwidth can be increased because of the reduced access noise. In addition, this technique is less sensitive to power control accuracy than a non-orthogonal CDMA system.

Die zentrale Bodenstation eines Satellitennetzwerkes empfängt eine Mehrzahl von Spreizspektrum-Signalen. Jedes dieser Signale (auf einem speziellem Frequenzkanal) ist aus Datensymbolen zusammengesetzt, die mit einer eines Satzes von orthogonalen Rademacher-Walsh-(RW)-Funktionen sowie einer Pseudorauschen-(PN)-Folge überlagert sind. Diese Signale werden synchronisiert um an der Zentralstation in Zeit- und Frequenzsynchronismus anzukommen. Die orthogonalen Eigenschaften der Signale ermöglichen es, daß sie ohne Zugriffsrauschen aus Gleichkanalsignalen demoduliert werden können. Nicht-synchrone Nutzer auf diesem Kanal können durch die Bodenstation GS nicht demoduliert werden aufgrund des hohen Pegels des Zugriffsrauschens für einen nicht-orthogonalen Nutzer. Ein gesonderter Netzzugangskanal (NEC) ist für nicht-synchrone Nutzer vorgesehen. Spreizspektrumsignale auf diesem Kanal können durch die Zentralstation frei von Zugriffsrauschen aus den Verkehrskanälen empfangen werden. Die Bodenstation GS kann die notwendigen Zeit- und Frequenzkorrekturen bestimmen, die der neue Nutzer anwenden muß um in das OCDMA-Netzwerk in Synchronismus einzutreten. Dies ist notwendig um Benutzer-Bodenstation-Nachrichtenverbindungen auf dem Verkehrskanal zu. errichten. Der NEC schafft eine Einrichtung für den Nutzer um eine Netzzugangsanfrage mit hohem Verbindungsspielraum zu senden, aufgrund der niedrigen Datenrate und des niedrigen Zugriffsrauschens. Die Verwendung eines kurzen Codes mit geringerer Rate auf dem NEC (als auf den Verkehrskanälen) erlaubt eine schnelle Erlangung des PN-Signals trotz der Zeitunsicherheiten.The central ground station of a satellite network receives one Plurality of spread spectrum signals. Each of these signals (on a special frequency channel) is composed of data symbols, that with one of a set of orthogonal Rademacher-Walsh (RW) functions as well a pseudo noise (PN) sequence are superimposed. These signals are synchronized at the central station in Time and frequency synchronism arrive. The orthogonal properties enable the signals it that she can be demodulated without access noise from co-channel signals. Non-synchronous Users on this channel can are not demodulated by the ground station GS due to the high level of access noise for a non-orthogonal Users. A separate Network Access Channel (NEC) is for non-synchronous Users provided. Spread spectrum signals on this channel can be through receive the central station free of traffic noise from the traffic channels become. The ground station GS can provide the necessary time and frequency corrections determine which the new user must apply to the OCDMA network to enter into synchronism. This is necessary for user ground station communications on the traffic channel too. build. The NEC creates a facility for the Users request a network access request with high connection latitude due to low data rate and low access noise. The use of a short code at a lower rate on the NEC (as on the traffic channels) allows fast acquisition of the PN signal despite time uncertainties.

BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENDESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Die obigen und andere Gegenstände, Vorteile und Merkmale der Erfindung werden deutlicher werden, wenn sie mit der nachfolgenden Beschreibung und den begleitenden Zeichnungen betrachtet werden, in denen:The above and other objects, Advantages and features of the invention will become clearer when with the following description and the accompanying drawings be considered, in which:

1 ein Schema eines sternförmig aufgebauten Spreizspektrum-Satelliten-Nachrichtenverbindungs-Netzwerkes ist, 1 is a schematic of a star-shaped spread spectrum satellite communication network,

2 ein Schema des Zeitrahmens des Rückwärtsverbindungssignals ist, 2 is a schematic of the time frame of the reverse link signal,

3a Spreizsignalspektren erläutert, und 3a Spreizsignalspektren explained, and

3b das Spektrum nach dem Entspreizen des PN-Codes, wobei alle Frequenzen besetzt sind, erläutert, 3b the spectrum after despreading the PN code, with all frequencies occupied, illustrates

4 ein Funktions-Blockdiagramm eines Nutzer-NEC-Senders, der die Erfindung enthält, ist, und 4 a functional block diagram of a user NEC transmitter incorporating the invention is, and

5 ein Funktions-Blockdiagramm eines Zentral-NEC-Empfängers, der die Erfindung enthält, ist. 5 a functional block diagram of a central NEC receiver incorporating the invention is.

INS EINZELNE GEHENDE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNGDETAILED DESCRIPTION THE INVENTION

Signalstruktursignal structure

Der grundlegende Zweck der Rückwärtsverbindung ist, Daten vom Nutzer an die Bodenstation GS zu senden. Die Datenübermittlungsrate wird für Erläuterungszwecke als 5.200 bps genommen. Die Daten werden ferner als mit der Rate 1/2 verschlüsselt angenommen. Die Datenmodulation ist quadratische Phasenverschiebungs-Verschlüsselung(QPSK (Quadr. Phase Shift Keying)), so daß die Kanalsymbolrate dann 5.200 sps ist.Of the basic purpose of the reverse link is to send data from the user to the ground station GS. The data transmission rate is for explanatory purposes taken as 5,200 bps. The data is further than the rate 1/2 encrypted accepted. The data modulation is Quadratic Phase Shift Encryption (QPSK (Quadr. Phase shift keying)), so that the Channel symbol rate then 5,200 sps.

Eine von 32 Rademacher-Walsh -Funktionen wird der Rückwärtsverbindungssendung zugewiesen. Diese Wellenform ist zeitsynchron mit den Datensymbolen, aber ist mit 32 mal der Symbolrate (166,40 kHz) getaktet, d.h. die R-W-Periode ist gleich einer Symbolperiode. Das Signal ist ferner mit einem Pseudo-Rauschen-PN-Code überdeckt der zeitsynchron mit der R-W-Funktion ist, aber mit vier mal der Rate (665,60 kHz) getaktet ist. Der Code ist ein Gold-Code der Länge 1023 (ungefähr 8 Symbole lang). Das Signal ist in 20 ms – Rahmen wie in 2 gezeigt geordnet. Der Hauptbereich des Rahmens besteht aus 96 Datensymbolen die wie oben beschrieben gesendet werden. Diesem folgt ein Zeitintervall von 8 Symbollängen, das für Erfassungs- und Synchronisationszwecke benutzt wird. Während dieses Intervalls sendet jeder dieser 32 Nutzer auf einer bestimmten Trägerfrequenz einen Synchronimpuls (sync burst) (eine Symbollänge) jeden vierten Rahmen. Das heißt, es gibt 8 Symbolschlitze mit einer Symbollänge die in einem Rahmen verfügbar sind, und 32 solcher Schlitze in vier Rahmen. Jeder von diesen Schlitzen ist einem von 32 möglichen Nutzen für Synchronisationszwecke zugewiesen. Der Synchronisationsimpuls besteht aus einem 128-Chip-PN-Code, der mit einer Taktrate von 665,60 kHz gesendet wird unter Verwendung von Zweiphasenverschiebungsverschlüsselung (BPSK (Bi Phase Shift Keying)) Modulation. Dies ergibt 12,5 Auffrischungen pro Sekunde, was für Code- und Frequenzverfolgungsschleifen mit Bandbreiten bis hinauf zu ungefähr 3 Hz angemessen ist.One of 32 Rademacher Walsh functions is assigned to the reverse link broadcast. This waveform is time synchronous with the data symbols, but is clocked at 32 times the symbol rate (166.40 kHz), ie the RW period is equal to one symbol period. The signal is also covered with a pseudo noise PN code which is time synchronous with the RW function but clocked at four times the rate (665.60 kHz). The code is a 1023 gold code (about 8 symbols long). The signal is in 20 ms frames as in 2 shown ordered. The main area of the frame consists of 96 data symbols sent as described above. This is followed by a time interval of 8 symbol lengths, which is used for acquisition and synchronization purposes. During this interval, each of these 32 users on a given carrier frequency sends a sync burst (one symbol length) every fourth frame. That is, there are 8 symbol slots with a symbol length available in one frame and 32 such slots in 4 frames. Each of these slots is assigned one of 32 possible uses for synchronization purposes. The synchronization pulse consists of a 128-chip PN code transmitted at a clock rate of 665.60 kHz using Bi-Phase Shift Keying (BPSK) modulation. This gives 12.5 refreshes per second, which is adequate for code and frequency tracking loops with bandwidths up to about 3 Hz.

NetzzugangskanalNetwork access channel

Rückwärtsverbindungs-OCDMA-Betrieb erfordert, daß alle Nutzer an der Bodenstation in Zeit und Frequenzsynchronismus ankommen, daher wird für Netzzugang und anfängliche Synchronisation ein getrennter Kanal vorgesehen. Es sollte festgehalten werden, daß ein nicht-synchroner Nutzer (mit Leistung gleich der der anderen Nutzer), der versucht, in das Netz auf der OCDMA-Frequenz einzutreten, durch die Bodenstation aufgrund des in Zugriffsrauschens nicht erfaßt werden könnte, wenn das System nahe der vollen Last wäre. Dies ist so, weil eine beträchtlich größere Anzahl von Verbindungen auf einer einzelnen Frequenz für ein OCDMA-System unterstützt werden kann verglichen mit einem herkömmlichen CDMA-System, da die Signale orthogonal sind, wenn sie über eine Rademacher-Walsh-Funktions-Periode gemittelt sind. In gleicher Weise ist das Zugriffsrauschen entsprechend größer wenn nicht in Synchronismus und würde das Erfassen eines nicht-synchronen Signals in einer vernünftigen Zeitspanne verhindern.Reverse link OCDMA operation requires all Users arrive at the ground station in time and frequency synchronism, therefore will be for Network access and initial Synchronization provided a separate channel. It should be noted the existence non-synchronous user (with performance equal to that of other users), which tries to enter the network on the OCDMA frequency the ground station will not be detected due to access noise could, if the system were close to full load. This is because one considerably larger number of connections on a single frequency for an OCDMA system can be compared with a conventional one CDMA system, as the signals are orthogonal when passing through a Rademacher-Walsh function period are averaged. In the same way the access noise is correspondingly greater if not in synchronism and would detecting a non-synchronous signal in a reasonable way Prevent time span.

Wenn der Nutzer einen Anruf zu tätigen oder zu beantworten wünscht, ist die erste Sendung auf dem Netzzugangskanal (NEC) der in einer spektralen Null des OCDMA-Signals angeordnet ist wie in 3a und 3b gezeigt. Die NEC-Sendung ist Spreizspektrum mit einem 512 bit PN-Code getaktet bei 41,60 kHz (665,50 kHz +16) und auf den Träger zweiphasig moduliert. Die Pseudo-Rauschen-Code-Periode ist ungefähr 12,3 ms. Alle Nutzer, die den Netzzugang versuchen, benutzen den gleichen Pseudorauschen-Code. Somit könnten Nutzer, die eine relative Unterschiedsverzögerung von weniger als einem Chip (= 24 μs) haben, einander stören. Jeder Nutzer greift jedoch eine zufällige Sendezeitverzögerung oder Vorauszeit von –100 bis +100 Chips auf, um eine verhältnismäßig gleichförmige Verteilung bei den Verzögerungen sicherzustellen und somit eine möglichst geringe Anzahl von „Kollisionen°.When the user wishes to make or answer a call, the first transmission on the network access channel (NEC) is located in a spectral null of the OCDMA signal, as in FIG 3a and 3b shown. The NEC broadcast is spread spectrum with a 512 bit PN code clocked at 41.60 kHz (665.50 kHz +16) and biphasically modulated onto the carrier. The pseudo noise code period is about 12.3 ms. All users who try to access the network use the same pseudo noise code. Thus, users having a relative difference delay of less than one chip (= 24 μs) could interfere with each other. Each user, however, picks up random transmission time delay or advance time from -100 to +100 chips to ensure a relatively uniform distribution of delays and thus the least possible number of "collisions".

Daten werden modulo 2 mit einem Pseudorauschen-Code bei einer Rate von zwei Datenbit pro Code addiert, was eine Datenrate von 162,5 bps ergibt. Die Daten die gesendet werden enthalten eine Benutzerkennung und die zufällige Zeitversetzungsnummer.dates will be modulo 2 with a pseudonoise code at a rate of adds two bits of data per code, giving a data rate of 162.5 bps results. The data that is sent contains a user ID and the random ones Time Shifting number.

Signalspektrumsignal spectrum

Die Rückwärtsverbindungskanale sind 32 Nutzer zu einer Frequenz gruppiert, mit Frequenzen, die durch die R-W-Taktrate, die 166,4 kHz wie in 3b gezeigt beträgt, beabstandet sind. Acht von diesen Frequenzen werden zugewiesen. Die Gesamtkanalbesetzung ist wie in 3a gezeigt. Die Kanalbandbreite ist als 2,58 MHz gezeigt. Man bemerke, daß dieser Frequenzplan dieser Ausführungsform 248 Nutzer plus 8 Steuerkanäle sowie einen Netzzugangskanal aufnehmen kann.The reverse link channels are grouped into a frequency of 32 users, with frequencies determined by the RW clock rate, which is 166.4 kHz as in 3b is shown spaced apart. Eight of these frequencies are assigned. The total channel occupation is as in 3a shown. The channel bandwidth is shown as 2.58 MHz. Note that this frequency plan of this embodiment can accommodate 248 users plus 8 control channels as well as a network access channel.

RückwärtsverbindungssignalerfassungReverse link signal acquisition

Das Nutzer-NEC-Signal wird an der Bodenstation GS mit einiger anfänglicher Zeit- und Frequenzunsicherheit empfangen. Das empfangene C/No ist nominal ungefähr 42 dB-Hz basierend auf einem Eb/No = 5 dB bei 5.200 bps.The User NEC signal is sent to the ground station GS with some initial Time and frequency uncertainty receive. The received C / No is nominally about 42 dB-Hz based on a Eb / No = 5 dB at 5,200 bps.

Angenommen der Bodenstationsempfänger sucht den Netzzugangskanal in Schritten von einem halben Chip. An jeder Codephasenstellung wird die Frequenzunsicherheit auf Signalenergie geprüft. Für den Moment sei angenommen, daß dies mit einem FFT durchgeführt wird. Die Leistung in jedem dieser FFT Abschnitte wird auf Signalvorhandensein untersucht. Sobald das Signal gefühlt wird, können die Verzögerungsschleife (DLL, delay lock), und die automatische Frequenzeinstellungs(AFC, (automatic frequency control))-Schleife angestellt werden und mit der Datenmodulation begonnen werden.Suppose the ground station receiver searches the network access channel in steps of half a chip. At each code phase position, the frequency uncertainty is checked for signal energy. For the moment, assume that this is done with an FFT. The performance in each of these FFT sections is examined for signal presence. Once the signal is sensed, the delay lock (DLL) and the automatic frequency control (AFC) loop can be turned on and data modulation started.

Sobald der Netzzugangskanal erfaßt und demoduliert worden ist, kann die Bodenstation dem Nutzer für Rufverbindung eine geeignete Frequenz und R-W-Funktion zuweisen. Die Bodenstation sendet weiter eine Frequenz- und Zeitkorrektur zu dem Nutzer, so daß der Nutzer in nahem Zeitsynchronismus auf den Netzzugang hin ist. Um diesen Vorgang besser zu verstehen, sei angenommen, daß die Bodenstation GS die Netzzugangscodephase auf besser als 5% eines Chips verfolgt, d.h. weniger als einen Pseudorauschen-Chip auf dem Verkehrskanal (TC (traffic channel)). Die Bodenstation befiehlt den Nutzer zu einer bestimmten Frequenz und weist eine R-W-Funktion zu. Die Bodenstation liefert auch Zeit- und Frequenzkorrekturdaten. Wenn der Nutzer auf dem Verkehrskanal das Senden beginnt, können der Bodenstations-Code und die AFC-Verfolgungsschleifen sofort eingesetzt werden und die Datendemodulation begonnen werden. Weitere Zeit- und Frequenzkorrekturen werden dem Nutzer wie benötigt zugesandt.As soon as the network access channel detected and demodulated, the ground station can call the user assign a suitable frequency and R-W function. The ground station continues to send a frequency and time correction to the user, so that the User is in near time synchronization towards the network access. Around To better understand this process, suppose that the ground station GS tracks the network access code phase to better than 5% of a chip, i.e. less than a pseudonoise chip on the traffic channel (TC (traffic channel)). The ground station commands the user to one certain frequency and assigns an R-W function. The ground station also provides time and frequency correction data. If the user is on the Traffic channel sending begins, the ground station code and the AFC tracking loops are used immediately and the Data demodulation will be started. Further time and frequency corrections will be sent to the user as needed.

Senderausführungtransmitter design

Ein Funktions-Blockdiagramm des Signalsenders ist in 4 gezeigt. Die Eingangsdaten werden formatiert, verschachtelt, codiert und E/A-Symbole (I/O symbols) in der üblichen Weise gebildet. Diese Symbole werden mit dem Pseudorauschen-Code PN und auch der geeigneten R-W-Funktion überlagert. In gleicher Weise werden, für das NEC-Kanalsignal, die Benutzerzutritts-AC-Daten (Benutzerkennnummer und Zeitverschiebungsnummer usw.) formatiert und differenziell kodiert. Diese Daten werden nur mit einem zeitsynchronen Pseudorauschen-Code überlagert, dessen Periode gleich einem Datensymbol ist. Die zwei Basisbandsignale werden zeit-gemultiplexed und dann auf einen Träger geeigneter Frequenz phasenmoduliert.A functional block diagram of the signal transmitter is in 4 shown. The input data is formatted, interleaved, coded and I / O symbols formed in the usual way. These symbols are superimposed with the pseudonoise code PN and also the appropriate RW function. Likewise, for the NEC channel signal, the user access AC data (user identification number and time shift number, etc.) are formatted and differentially encoded. This data is superimposed only with a time-synchronous pseudo noise code whose period is equal to a data symbol. The two baseband signals are time-multiplexed and then phase-modulated onto a carrier of appropriate frequency.

Empfängerausführungreceiver design

Ein Funktions-Blockdiagramm des Nutzerempfängers ist in 5 gezeigt. Das empfangene Signal wird verstärkt und zum Basisband hinab umgewandelt unter Verwendung von In-Phase (I)- und Quadrat (Q)-Mischern in herkömmlicher Weise. Das Signal wird dann einem Korrelator zum Entspreizen zugeleitet. Eine Fourier- Transformation (FFT) wird auf dem Korrelatorausgang durchgeführt und die verschiedenen Frequenzabschnitte auf das Vorhandensein eines Signals untersucht. Wenn das Signal in einem der Frequenzabschnitte gefühlt wird, dann wird Signalvorhandensein erklärt und der numerisch gesteuerte Oszillator (NGO/NCO (number controlled oscillator)) des Empfängers so abgestimmt, daß die Signalfrequenzverschiebung entfernt wird. Die automatische Scharfabstimmung und Codeverfolgung-Verzögerungsschleife (DLL, (delay-lock loop)) werden dann eingesetzt und die Datendemodulation beginnt.A functional block diagram of the user receiver is in 5 shown. The received signal is amplified and down converted to baseband using in-phase (I) and square (Q) mixers in a conventional manner. The signal is then passed to a correlator for despreading. A Fourier transform (FFT) is performed on the correlator output and the different frequency sections are examined for the presence of a signal. When the signal is sensed in one of the frequency sections, then signal presence is declared and the numerically controlled oscillator (NGO / NCO (number controlled oscillator)) of the receiver is tuned to remove the signal frequency shift. The automatic arming and code-delaying (DLL) loop are then inserted and data demodulation begins.

Die Erfindung beinhaltet die folgenden Merkmale:

  • – Die Zentralstation eines Satellitennetzwerkes empfängt eine Mehrzahl von Spreizspektrumsignalen. Jedes dieser Signale (auf einem bestimmten Frequenzkanal) ist aus Datensymbolen zusammengesetzt, die mit einem einer Menge von orthogonalen Rademacher-Walsh-Funktionen sowie einer Pseudorauschen-(PN)-Folge überlagert sind. Diese Signale werden synchronisiert, um an der Zentralstation im Zeit- und Frequenzsynchronismus anzukommen. Die orthogonalen Eigenschaften der Signale ermöglichen es, daß sie ohne Zugriffsrauschen aus Gleichkanalsignalen demoduliert werden können. Dies wird orthogonales CDMA (OCDMA) genannt. Nicht-synchrone Nutzer auf diesem Kanal können durch die Bodenstation aufgrund des hohen Pegels von Zugriffsrauschen für einen nicht-orthogonalen Nutzer nicht demoduliert werden. Ein getrennter Netzzugangskanal (NEC) wird für nicht-synchrone Nutzer bereitgestellt. Spreizspektrumsignale auf diesem Kanal können durch die Zentralstation frei von Zugriffsrauschen aus den Verkehrskanälen empfangen werden.
  • – Die Bodenstation GS kann die notwendigen Zeit- und Frequenzkorrekturen, die ein neuer Nutzer anwenden muß, um in das OCDMA-Netzwerk im Synchronismus einzutreten, festlegen. Dies ist notwendig, um Nutzer-Bodenstation-Nachrichtenverbindungen auf dem Verkehrskanal herzustellen.
  • – Der Netzzugangskanal NEC schafft Einrichtungen für den Nutzer, um eine Netzzugangsanfrage mit hohem Verbindungsspielraum zu senden, aufgrund der niedrigen Datenrate und des niedrigen Zugangsrauschens.
  • – Die Benutzung eines kurzen Codes mit niedrigerer Rate auf dem Netzzugangskanal NEC (statt auf den Verkehrskanälen) erlaubt eine schnelle Erfassung des Pseudorauschen-Signals trotz Zeitunsicherheiten.
The invention includes the following features:
  • The central station of a satellite network receives a plurality of spread spectrum signals. Each of these signals (on a particular frequency channel) is composed of data symbols superimposed on one of a set of orthogonal Rademacher-Walsh functions and a pseudonoise (PN) sequence. These signals are synchronized to arrive at the central station in time and frequency synchronism. The orthogonal properties of the signals enable them to be demodulated without access noise from co-channel signals. This is called orthogonal CDMA (OCDMA). Non-synchronous users on this channel can not be demodulated by the ground station due to the high level of access noise for a non-orthogonal user. A separate network access channel (NEC) is provided for non-synchronous users. Spread spectrum signals on this channel may be received by the central station free of traffic channel access noise.
  • The ground station GS can specify the necessary time and frequency corrections that a new user must apply to enter the OCDMA network in synchronism. This is necessary to establish user ground station communications on the traffic channel.
  • The network access channel NEC provides facilities for the user to send a network access request with high connection latitude due to the low data rate and the low access noise.
  • The use of a lower rate short code on the network access channel NEC (rather than on the traffic channels) allows fast detection of the pseudo noise signal despite time uncertainties.

Während bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beschrieben und erläutert wurden, wird erkannt werden, das verschiedene andere Ausführungsformen, Anpassungen und Abwandlungen der Erfindungen innerhalb des Bereichs der nachfolgenden Ansprüche möglich sind.While preferred embodiments of the invention have been described and illustrated, it will be appreciated that various other embodiments forms, adaptations and modifications of the inventions are possible within the scope of the following claims.

Claims (3)

Ein orthogonales CDMA, OCDMA, Satelliten-Nachrichtenverbindungssystem, in dem eine auf der Erde befindliche Zentralstation (65), über einen Satelliten, eine Mehrzahl von Spreizspektrum-OCDMA-Signalen von einer entsprechenden Mehrzahl von auf der Erde befindlichen Teilnehmerstationen (10-1, 102 ... 10-N) auf einem ausgewählten Frequenzkanal empfängt, wobei jedes Signal von einer Teilnehmerstation aus Datensymbolen zusammengesetzt ist, die mit einem Satz von orthogonalen Rademacher-Walsh-, RW, Funktionen und einer Pseudorauschen-, PN, Folge, überlagert sind, wobei besagte Signale von Teilnehmerstationen synchronisiert sind, um an besagter Zentralstation in Zeit- und Frequenz-Synchronismus anzukommen, gekennzeichnet durch: Einrichtungen um ein Teilnehmerstations-Netzzugangskanal-, NEC, Signal zu bilden, die aus Einrichtungen an jeder Teilnehmerstation zum Übermitteln eines NEC-Signals, das in einer spektralen Null der OCDMA-Signale angeordnet ist, an besagte auf der Erde befindliche Zentralstation, bestehen, wobei besagtes NEC-Signal eine Benutzerkennnummer und eine Zeitversetzungs-Nummer aufweist, die durch einen zeitsynchronen PN-Code überlagert worden sind und in der Abwesenheit jeglicher solcher besagter RW-Funktionen, Einrichtungen an der auf der Erde befindlichen Zentralstation um besagtes NEC-Signal aus besagter Teilnehmerstation zu fühlen und zu demodulieren und eine Frequenz und RW-Funktion besagter jeder Teilnehmerstation zuzuweisen, und Einrichtungen zum Übermitteln von Frequenz- und Zeitkorrektursignalen an jede besagte Teilnehmerstation, wobei besagte jede Teilnehmerstation Empfängereinrichtungen zum Empfangen besagter Frequenz- und Zeitkorrektursignale hat, und Einrichtungen, um besagte jede Teilnehmerstation zu veranlassen, nahe des Zeitsynchronismus auf den Netzeintritt hin zu sein.An orthogonal CDMA, OCDMA, satellite communication system in which an earth station ( 65 ), via a satellite, a plurality of spread spectrum OCDMA signals from a corresponding plurality of subscriber stations located on the earth ( 10-1 , 102 ... 10-N ) on a selected frequency channel, each signal from a subscriber station being composed of data symbols superimposed on a set of orthogonal Rademacher-Walsh, RW, functions and a pseudonoise, PN, sequence, said signals being synchronized by subscriber stations are to arrive at said central station in time and frequency synchronism, characterized by means to form a subscriber station network access channel, NEC, signal consisting of means at each subscriber station for transmitting an NEC signal which is in a spectral zero said OCDMA signals, to said ground-based central station, said NEC signal having a user identification number and a time offset number superimposed by a time-synchronous PN code and in the absence of any such RW Functions, facilities at the on-earth Zentralstat to sense and demodulate said NEC signal from said subscriber station and allocate a frequency and RW function of said each subscriber station, and means for transmitting frequency and time correction signals to each said subscriber station, each said subscriber station having receiver means for receiving said frequency and time correction signals, and means for causing said each subscriber station to be close to time synchronization towards the network entry. Das OCDMA-Satelliten-Nachrichtenverbindungssystem wie in Anspruch 1 angegeben, worin besagtes NEC-Signal einen kurzen Code mit geringerer Rate hat, um eine schnelle Erlangung des PN-Signals trotz Zeitunsicherheiten zu ermöglichen.The OCDMA satellite communications system as stated in claim 1, wherein said NEC signal has a short Lower rate code has to get a fast acquisition of the PN signal despite time uncertainties. Ein Verfahren des Zugreifens zu einem orthogonalen CDMA, OCDMA, Nachrichtenverbindungssystems auf einer Nicht-Störungsbasis ohne vorhergehende Zeit- und Frequenzsynchronisierung, in dem besagtes OCDMA- Nachrichtenverbindungssytem eine auf der Erde befindliche Zentralstation (65) hat zum Empfangen einer Mehrzahl von Spreizspektrum-OCDMA-Signalen von einer entsprechenden Mehrzahl von auf der Erde befindlichen Teilnehmerstationen (10-1, 10-2 ... 10-N) auf einem ausgewählten Frequenzkanal, wobei jedes Spreizspektrumsignal von einer Teilnehmerstation aus Datensymbolen zusammengesetzt ist, die mit einem Satz von orthogonalen Rademacher-Walsh-, RW, Funktionen und einer Pseudorauschen-, PN, Folge überlagert sind, wobei besagte Spreizspektrumsignale von besagten Teilnehmerstationen synchronisiert sind, um an besagter Zentralstation in Zeit- und Frequenz-Synchronismus anzukommen, dadurch gekennzeichnet, daß jede Teilnehmerstation ein Netzeingangskanal-, NEC, Signal, das in einer spektralen Null der OCDMA-Signale angeordnet ist, an besagte auf der Erde befindliche Zentralstation übermittelt, wobei besagtes NEC-Signal eine Benutzerkennnummer und eine Zeitversetzungs-Nummer aufweist, die durch einen zeitsynchronen PN-Code überlagert worden sind und in der Abwesenheit jeglicher solcher besagter RW-Funktionen, Fühlen und Demodulieren besagten NEC-Signals von jeder Teilnehmerstation an besagter auf der Erde befindlichen Zentralstation und Zuweisen einer Frequenz und RW-Funktion zu jeder besagter Teilnehmerstation und Übermitteln von Frequenz- und Zeitkorrektursignalen an jede besagte Teilnehmerstation, wobei besagte jede Teilnehmerstation einen Empfänger zum Empfangen besagter Frequenz- und Zeitkorrektursignale hat, und Sicherstellen, daß besagte jede Teilnehmerstation sich nahe der Zeitsynchronisation auf den Netzeintritt hin befindet.A method of accessing to an orthogonal CDMA, OCDMA, non-interference-based communication system without prior time and frequency synchronization, in said OCDMA communication system, an earth-based central station ( 65 ) for receiving a plurality of spread spectrum OCDMA signals from a corresponding plurality of ground based subscriber stations ( 10-1, 10-2 ... 10-N ) on a selected frequency channel, each spread spectrum signal from a subscriber station being composed of data symbols superimposed on a set of orthogonal Rademacher-Walsh, RW, functions and a pseudonoise, PN, sequence, said spread spectrum signals from said subscriber stations being synchronized for arriving at said central station in time and frequency synchronism, characterized in that each subscriber station transmits a network input channel, NEC, signal located in a spectral zero of the OCDMA signals to said ground based central station, said NEC signal has a user identification number and a time offset number superimposed by a time-synchronous PN code, and in the absence of any such RW functions, sensing and demodulating said NEC signal from each subscriber station to said earth Central station and d assigning a frequency and RW function to each said subscriber station and transmitting frequency and time correction signals to each said subscriber station, said each subscriber station having a receiver for receiving said frequency and time correction signals, and ensuring that each subscriber station is close to the time synchronization on the network entrance is located.
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